Teach with Space ASTROCROPS - Pflanzenanbau bei zukünftigen Weltraummissionen
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Grundstufe | PR43
teach with Space
ASTROCROPS
Pflanzenanbau bei zukünftigen Weltraummissionen
Leitfaden für Lehrer und Übungen für SchülerLeitfaden für Lehrer
Die wichtigsten Fakten Seite 3
Einführung Seite 4
Übung 1: Anbau Seite 5
Links Seite 8
Arbeitsprotokoll Seite 9
Teach with Space – AstroCrops | PR43
www.esa.int/education
Das ESA Education Office, die Bildungsorganisation der ESA, freut sich über Feedback
und Anmerkungen:
teachers@esa.int
Eine Produktion von ESA Education
Copyright © European Space Agency 2019
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teach with Space – AstroCrops | PR43ASTROCROPS
Pflanzenanbau bei zukünftigen Weltraummissionen
Die wichtigsten Fakten Kurzbeschreibung
Fach: Naturwissenschaft, Biologie Bei dieser Übung eignen sich die Schüler
Wissen über die Keimung und das Pflanzen-
Altersgruppe: 8–12 Jahre wachstum an, indem sie die Entwicklung
Art: Übung für Schüler, Schulprojekt dreier ihnen unbekannter Pflanzenarten über
12 Wochen verfolgen. Sie werden das Wachs-
Schwierigkeitsgrad: mittel tum und den Zustand der Pflanzen messen
Benötigte Unterrichtszeit: 30 Minuten pro Wo- bzw. beobachten. Anhand ihrer Beobachtun-
che; 12 Wochen lang gen werden die Schüler Vermutungen über
Kosten: mittel die Art der gezogenen Pflanzen anstellen und
Ort: Klassenzimmer besprechen, ob die Pflanzen für Langzeitmis-
sionen ins Weltall geeignet sind.
Erforderliche Materialien: Ausrüstung zum
Diese Übung gehört zu einer Reihe an Lehr-
Gärtnern
mitteln, die auch „AstroFood“ – die Unter-
suchung diverser Nahrungsmittel auf Welt-
Schlüsselwörter: Naturwissenschaft, Biologie, raumtauglichkeit – und „AstroFarmer“ – die
Pflanzen, Samen, Keimung, Basilikum, Tomate, Untersuchung der Einflussfaktoren auf das
Radieschen, Stängel, Blatt, Frucht, Blüte, Wurzel Pflanzenwachstum im All – umfasst.
Die Schüler lernen:
• Die Reifung von Samen zu Pflanzen zu beobachten und zu beschreiben
• Wissenschaftlich sinnvolle Aufzeichnungen zu führen und Kennzeichnungen zu verwenden
• Das systematische Beobachten und Messen
• Ergebnisse auszuwerten und daraus Schlussfolgerungen zu ziehen
• Sachverhalte vergleichend und objektiv zu prüfen
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teach with Space – AstroCrops | PR43Einführung
Wenn Astronauten auf dem Mond siedeln oder weiter ins Sonnensystem vordringen sollen, brauchen
sie Luft, Nahrung und Wasser. Im Moment befinden sich Menschen nur auf der Internationalen
Raumstation ISS längere Zeit im All. Allerdings wird die ISS von der Erde aus mit Wasser und Nahrung
versorgt. Als Faustregel geht man dabei davon aus, dass jeder Astronaut pro Tag 1 kg Sauerstoff,
1 kg Trockennahrung und 3 kg Wasser benötigt. Allerdings ist es teuer und bei Langzeitmissionen zu
unpraktisch, diese 5 kg, die ein Astronaut pro Tag braucht, von der Erde liefern zu lassen. Also forscht
man derzeit an der Entwicklung in sich geschlossener Lebenserhaltungssysteme für den Weltraum.
Solche Systeme würden die weitere Erkundung des Weltraums ermöglichen, und auch auf der Erde
würden uns die gewonnenen Erkenntnisse helfen, sinnvoller mit unseren Ressourcen umzugehen.
Das ESA-Programm „Micro-Ecological Life Support System Alternative“ (MELiSSA) arbeitet an einem
Lebenserhaltungssystem für Raumfahrzeuge, aus dem sich Astronauten ohne andere Unterstützung
mit Sauerstoff, Wasser und Nahrung versorgen könnten. Um dies zu erreichen, müsste es alles an Bord
recyceln können – ohne Nachschub von der Erde. Menschliche Ausscheidungen und ausgeatmetes
CO2 würden Pflanzen alles Nötige für ihr Wachstum liefern, damit diese dann als Sauerstoff- und
Nahrungslieferanten sowie zur Filterung des Abwassers dienen.
Abbildung 1
Ungenießbare Elemente höherer Pflanzen
BESATZUNG Faserabbau
Wasser
Abfall
BEREICH 1
Thermophile
Nahrung anaerobe Bakterien
BEREICH IV
Kurzkettige
Fettsäuren
Photoautotrophe Bakterien
Bereich mit höheren Pflanzen Arthrospira platensis
Mineralstoffe
BEREICH III BEREICH II
Nitrifizierer Photoheterotrophe Bakterien
Nitrosomonas Rhodospirillum rubrum
Nitrobacter
Mineralstoffe
↑ MELiSSAs geschlossenes System im Überblick
Im Rahmen von MELiSSA wird erforscht, wie weltraumtauglich bestimmte Pflanzen sind und wie
sie sich in einem geschlossenen System anbauen ließen. Für interessierte Laien wie euch gibt es
AstroPlant, ein englischsprachiges wissenschaftliches Projekt zur Erhebung nützlicher Daten rund
um das Pflanzenwachstum.
Im Folgenden sollen die Schüler selbst weltraumtaugliche Pflanzen ziehen und ihre Reifung vom
Samen bis zur ausgewachsenen Pflanze verfolgen.
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teach with Space – AstroCrops | PR43Übung 1: Anbau
Bei dieser Übung beobachten die Schüler, wie sich aus drei Arten von Samen, die sie nicht kennen,
Pflanzen entwickeln. Beim Heranreifen der Pflanzen erfahren die Schüler, wie man wissenschaftliche
Beobachtungen anstellt und Wachstumsdaten aufzeichnet. Zum Abschluss der Übung stellen die
Schüler ihre Ergebnisse in einem Brief an Paxi vor.
Material
• 1 Protokollheft zur Datenaufzeichnung für jede Gruppe
• Lineal
• 3 Pflanztöpfe pro Gruppe
• Erde oder ein anderes Wachstumssubstrat
• Dünger
• Basilikum-, Radieschen- und Tomatensamen
Übung
Teilen Sie die Klasse in Gruppen zu je drei oder vier Schülern ein und geben Sie jeder Gruppe drei
Pflanztöpfe sowie Erde, Dünger und Samen. Lassen Sie die Töpfe mit A, B und C beschriften, aber
verraten Sie den Schülern nicht, was das für Samen sind, die sie in den Töpfen ziehen sollen. Für diese
Übung empfehlen sich Basilikum-, Radieschen- und Tomatensamen. Es folgen Pflanzanleitungen
für jede Samenart.
Pflanze A – Basilikum
Lassen Sie die Schüler Topf A zu ¾ mit Pflanzerde füllen und diese mit Wasser anfeuchten. Dann
können einige Samen in die feuchte Erde gesetzt und mit einer dünnen Schicht Erde abgedeckt
werden. Die Keimzeit der Samen beträgt 8 bis 12 Tage, dann stechen die Stängel aus der Erde.
Während dieser Zeit müssen die Schüler die Erde mit den Samen darin immer leicht feucht halten.
Nach der Keimung kann Dünger hinzugefügt werden. Ganz zu Anfang benötigen die Samen noch
keinen Dünger, weil sie selbst genügend Nährstoffe enthalten. Wählen Sie einen sonnigen Standort
für den Topf. Bis das Basilikum zu einer vollwertigen Pflanze herangewachsen ist, werden rund
6 Wochen vergehen. Achten Sie darauf, die Pflanze nicht zu stark zu wässern.
2 Wochen 3 Wochen 4 Wochen
5 Wochen 6 Wochen
2 Wochen 5
3 Wochen 4 Wochen
teach with Space – AstroCrops | PR43Pflanze B – Radieschen
Radieschen, ein Wurzelgemüse, kommen auch mit kühlen Temperaturen zurecht. Lassen Sie den
Topf locker mit Erde füllen und einige Radieschensamen hinzugeben. Am Anfang ist es in Ordnung,
mehrere Pflanzen in großer Nähe zueinander keimen zu lassen, doch dann sollten die schwächsten
Keimlinge entfernt werden, um den stärkeren mehr Platz im Topf zu lassen. Radieschen vertragen
kühle Witterung, brauchen aber viel Licht und feuchten (aber nicht nassen) Boden. Sobald die Stängel
der Pflanzen durch die Erde stechen, kann etwas Dünger/Pflanzennahrung zur Unterstützung des
Wachstums hinzugegeben werden. In rund 4 Wochen reifen die Radieschen heran.
Pflanze C – Tomate
Wenn man Tomaten Wärme und Zeit schenkt – sie brauchen mit rund 12 Wochen Wachstumszeit
am längsten in diesem Experiment – belohnen sie den Gärtner mit einer langen Saison. Lassen
Sie die Erde anfeuchten und in diesem Zustand bis 2 cm unter den Rand in einen Topf füllen.
Dann kommen 2 bis 3 Samen in jeden Topf und werden mit rund 1 cm Erde bedeckt. Diese wird
angedrückt und angefeuchtet. Zu Beginn ist es ratsam, die Töpfe mit Klarsichtfolie zu bedecken,
damit die Feuchtigkeit nicht entweicht. Suchen Sie mit den Schülern einen warmen, sonnigen
Ort für die Töpfe. Sobald die Sprossen aus der Erde hervorkommen, muss die Plastikfolie entfernt
werden. Sind die Pflanzen noch etwas gewachsen, lassen Sie die kleinsten entfernen, sodass nur
die stärkste, vielversprechendste Pflanze allein im Topf ist. Die Erde muss weiterhin ständig feucht,
aber nicht nass sein. Wenn die Pflanze noch ein bisschen größer geworden ist, kann sie Dünger/
Pflanzennahrung zur Unterstützung erhalten.
Fruchtbildung Fruchtreifung
(20–30 Tage) (15–20 Tage)
Blütenbildung
(20–30 Tage)
Wachstumsphase
(20–25 Tage)
Frühwachstum
(25–35 Tage)
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teach with Space – AstroCrops | PR43 Fruchtbildung Fruchtreifung
(20–30 Tage) (15–20 Tage)
BlütenbildungDatenerhebung
Im Leitfaden für Schüler finden Sie ein Protokollheft für die Datenerhebung. Drucken Sie es für jede
Gruppe aus. Es empfiehlt sich, jede Pflanze einmal pro Woche zu vermessen bzw. zu begutachten
und diese Daten ins Heft einzutragen. Die Schüler können das Deckblatt selbst gestalten und
ihren Gruppen Namen geben. Die Tabellen sind dazu da, die Höhe der Pflanzen und die Anzahl
ihrer Blätter, Früchte und Blüten einzutragen. Außerdem ist Platz für Anmerkungen, beispielsweise
das Wetter in der jeweiligen Woche, die Gießmenge oder sonstige wichtige Informationen. Was da
heranwächst, können die Schüler in einer Sonderzeile vermuten. Das Heft bietet auch genug Platz
für Zeichnungen von den Pflanzen, um den Wuchs genau nachzuvollziehen. Halten Sie die Schüler
dazu an, die Pflanzenteile zu kennzeichnen: Blätter, Blüten, Frucht und Stängel.
Ausgewachsene Pflanzen bzw. ihre Früchte können die Schüler ernten und essen. Fragen Sie sie
vorher, welche Pflanzenteile sie für essbar halten. Waschen Sie vor dem Essen alles gründlich und
erkundigen Sie sich nach Allergien.
Diskussion
Die drei Pflanzenarten wachsen unterschiedlich schnell und unterscheiden sich auch in ihren
essbaren Bestandteilen. Radieschen wachsen am schnellsten: In nur 4 Wochen können sie erntereif
sein. Beim Basilikum dauert es etwa 6 bis 8 Wochen und Tomaten benötigen rund 12 Wochen
Zeit. Essbar sind die Blätter des Basilikums, die Wurzel der Radieschenpflanze und die Frucht der
Tomatenpflanze.
Fragen Sie die Schüler, welche Pflanze sie während einer Langzeitmission im Weltraum am
tauglichsten für den Anbau halten. Die ideale essbare Pflanze wächst schnell, ist wenig empfindlich
und bietet großen Nährwert, ohne viel Platz oder Pflege zu erfordern. Fordern Sie die Schüler auf,
Paxi ihre Schlussfolgerungen in einem Brief zu schildern. Die Schülerbriefe können Sie Paxi per
E-Mail an paxi@esa.int zukommen lassen.
Als Zusatzaufgabe können Sie Ihre Schüler fragen, ob ihnen noch andere Pflanzen als die hier
untersuchten einfallen, die möglicherweise noch besser für den Anbau bei Langzeitmissionen
geeignet sind. Derzeit nehmen Weltraumforscher hierfür Weizen und Kartoffeln unter die Lupe.
Zusammenfassung
Im Weltraum können wir uns nur innerhalb einer kontrollierten Umgebung aufhalten, weil das
All selbst zu extrem ist: Die Temperatur kann tief unter den Gefrierpunkt sinken, und es kommen
längere Dunkelperioden vor, in denen die Fotosynthese der Pflanzen ausgesetzt ist. Deshalb
müssen auch die Pflanzen, von denen wir uns All ernähren wollen, in einem kontrollierten System
angebaut werden. Darin ist der Einfluss von außen – sprich der Wassermangel, die Dunkelheit und
die Temperaturschwankungen – geringer. Weiteren Einblick in die Faktoren, die das Wachstum von
Pflanzen beeinflussen, geben die Lehrmittel AstroFood und AstroFarmer.
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teach with Space – AstroCrops | PR43LINKS
ESA-Ressourcen
AstroFood
esa.int/Education/Teachers_Corner/Astrofood_-_Learning_about_edible_plants_in_Space_Teach_
with_space_PR41
AstroFarmer
esa.int/Education/Teachers_Corner/Astrofarmer_-_Learning_about_conditions_for_plant_growth_
Teach_with_space_PR42
„Moon Camp“-Challenge esa.int/Education/Moon_Camp
Mission X: Trainiere wie ein Astronaut www.stem.org.uk/missionx
Animationen des Monds mit den Grundlagen des Lebens auf dem Mond
esa.int/Education/Moon_Camp/The_basics_of_living
ESA-Ressourcen für den Unterricht esa.int/Education/Classroom_resources
Paxi-Animationen esa.int/kids/en/Multimedia/Paxi_animations
ESA-Missionen
MELiSSA esa.int/Our_Activities/Space_Engineering_Technology/Melissa
Eden ISS https://eden-iss.net
Weitere Informationen
MELiSSA Foundation www.melissafoundation.org
MELiSSA testet Spirulina
directory.eoportal.org/web/eoportal/satellite-missions/m/melissa
ESA Euronews – Nahrungsmittelanbau im All
esa.int/spaceinvideos/Videos/2016/05/ESA_Euronews_Growing_food_in_space
Laienprojekt AstroPlant, unterstützt von der ESA www.astroplant.io
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teach with Space – AstroCrops | PR43AstroCrops Protokollheft Gruppe: _________
Paxi braucht eure Hilfe
Paxi möchte mehr über Pflanzen wissen,
die er auf seinen weiten Raumflügen selbst
anbauen könnte, deshalb braucht er eure
Hilfe. Ihr sollt jetzt wie echte Forscher
eine wissenschaftliche Untersuchung
durchführen. Dazu müsst ihr aufmerksam
beobachten, Messungen vornehmen und
Daten aufzeichnen. Paxi sagt euch, was zu
tun ist.
Aufgabe: Untersucht, wie sich drei euch
unbekannte Samen im Laufe von 12 Wochen
entwickeln. Findet heraus, um welche
Pflanzen es sich handelt, und entscheidet,
welche ihr mit ins All nehmen würdet.
Woche 0 Datum:______
Zeichnet die Samen.
Pflanze A Pflanze B Pflanze CWoche 1
Datum:______
Tragt die Messungen ein.
Pflanze A B C
Höhe (cm)
Anzahl der
Blätter
Anzahl der
Früchte
Anzahl der
Blüten
Das bauen wir
möglicherweise an:
Anmerkungen:
Zeichnet die Pflanzen.
Pflanze A Pflanze B Pflanze CWoche 2
Datum:______
Tragt die Messungen ein.
Pflanze A B C
Höhe (cm)
Anzahl der
Blätter
Anzahl der
Früchte
Anzahl der
Blüten
Das bauen wir
möglicherweise an:
Anmerkungen:
Zeichnet die Pflanzen.
Pflanze A Pflanze B Pflanze CWoche 3
Datum:______
Tragt die Messungen ein.
Pflanze A B C
Höhe (cm)
Anzahl der
Blätter
Anzahl der
Früchte
Anzahl der
Blüten
Das bauen wir
möglicherweise an:
Anmerkungen:
Zeichnet die Pflanzen.
Pflanze A Pflanze B Pflanze CWoche 4
Datum:______
Tragt die Messungen ein.
Pflanze A B C
Höhe (cm)
Anzahl der
Blätter
Anzahl der
Früchte
Anzahl der
Blüten
Das bauen wir
möglicherweise an:
Anmerkungen:
Zeichnet die Pflanzen.
Pflanze A Pflanze B Pflanze CWoche 5
Datum:______
Tragt die Messungen ein.
Pflanze A B C
Höhe (cm)
Anzahl der
Blätter
Anzahl der
Früchte
Anzahl der
Blüten
Das bauen wir
möglicherweise an:
Anmerkungen:
Zeichnet die Pflanzen.
Pflanze A Pflanze B Pflanze CWoche 6
Datum:______
Tragt die Messungen ein.
Pflanze A B C
Höhe (cm)
Anzahl der
Blätter
Anzahl der
Früchte
Anzahl der
Blüten
Das bauen wir
möglicherweise an:
Anmerkungen:
Zeichnet die Pflanzen.
Pflanze A Pflanze B Pflanze CWoche 7
Datum:______
Tragt die Messungen ein.
Pflanze A B C
Höhe (cm)
Anzahl der
Blätter
Anzahl der
Früchte
Anzahl der
Blüten
Das bauen wir
möglicherweise an:
Anmerkungen:
Zeichnet die Pflanzen.
Pflanze A Pflanze B Pflanze CWoche 8
Datum:______
Tragt die Messungen ein.
Pflanze A B C
Höhe (cm)
Anzahl der
Blätter
Anzahl der
Früchte
Anzahl der
Blüten
Das bauen wir
möglicherweise an:
Anmerkungen:
Zeichnet die Pflanzen.
Pflanze A Pflanze B Pflanze CWoche 9
Datum:______
Tragt die Messungen ein.
Pflanze A B C
Höhe (cm)
Anzahl der
Blätter
Anzahl der
Früchte
Anzahl der
Blüten
Das bauen wir
möglicherweise an:
Anmerkungen:
Zeichnet die Pflanzen.
Pflanze A Pflanze B Pflanze CWoche 10
Datum:______
Tragt die Messungen ein.
Pflanze A B C
Höhe (cm)
Anzahl der
Blätter
Anzahl der
Früchte
Anzahl der
Blüten
Das bauen wir
möglicherweise an:
Anmerkungen:
Zeichnet die Pflanzen.
Pflanze A Pflanze B Pflanze CWoche 11
Datum:______
Tragt die Messungen ein.
Pflanze A B C
Höhe (cm)
Anzahl der
Blätter
Anzahl der
Früchte
Anzahl der
Blüten
Das bauen wir
möglicherweise an:
Anmerkungen:
Zeichnet die Pflanzen.
Pflanze A Pflanze B Pflanze CWoche 12
Datum:______
Tragt die Messungen ein.
Pflanze A B C
Höhe (cm)
Anzahl der
Blätter
Anzahl der
Früchte
Anzahl der
Blüten
Das bauen wir
möglicherweise an:
Anmerkungen:
Zeichnet die Pflanzen.
Pflanze A Pflanze B Pflanze CBrief an Lieber Paxi, wir haben unsere Mission erfüllt! Nach genauer Beobachtung der drei Samenarten sind das unsere Vermutungen: Pflanze A _______ Pflanze B _______ Pflanze C _______ In den Weltraum würden wir ______________ mitnehmen, weil _________________ _________________________________________________ _________________________________________________ _________________________________________________ Es grüßen Deine Freunde _________________________________________________
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